- 说出 VLM 的五轴设计空间:图像编码器、连接器、LLM、数据混合、分辨率调度。
- 读懂 MM1 / Idefics2 / Cambrian-1 的消融表,并预测哪个旋钮会推动某个给定基准的分数。
- 在给定算力预算和任务组合时,为新 VLM 挑选一套配方(编码器、连接器、数据、分辨率)。
- 解释为什么在相同 token 数下,详细的人类描述胜过 GPT-4V 蒸馏。
问题
开放权重的 VLM 有数百个。从「不错」到「最先进」的大部分差距并不来自架构,而是来自数据、分辨率调度和编码器选择。当模型表现不佳时,知道先转哪个旋钮,能帮你省下一次 500 万 GPU 小时的错误。
2023 年的浪潮(LLaVA-1.5、InstructBLIP、MiniGPT-4)靠描述对预训练加 LLaVA-Instruct-150k 跑起来。这是不错的基线,但 MMMU 最高只到 35% 左右。
2024 年的浪潮(MM1、Idefics2、Molmo、Cambrian-1、Prismatic VLMs)做了穷举式消融。结果既出人意料,又很实用。
概念
五轴设计空间
Idefics2(Laurençon 等,2024)为这些轴命名:
- 图像编码器。CLIP ViT-L/14、SigLIP SO400m/14、DINOv2 ViT-g/14、InternViT-6B。编码器在 patch 大小、分辨率和预训练目标上各不相同。
- 连接器。MLP(2-4 层)、Q-Former(32 个 query + 交叉注意力)、Perceiver Resampler(64 个 query)、C-Abstractor(卷积 + 双线性池化)。
- 语言模型。Llama-3 8B / 70B、Mistral 7B、Phi-3、Gemma-2、Qwen2.5。LLM 规模是参数成本的主要来源。
- 训练数据。描述对(CC3M、LAION)、交错图文(OBELICS、MMC4)、指令数据(LLaVA-Instruct、ShareGPT4V、PixMo、Cauldron)。
- 分辨率调度。固定 224/336/448、AnyRes、原生动态分辨率。训练中逐步爬升或保持不变。
每个生产级 VLM 都要在每条轴上做出选择。MMMU 分数的大部分方差由轴 1、4、5 解释,而不是由你选了哪个连接器解释。
轴 1:编码器 > 连接器
MM1 第 3.2 节表明:从 CLIP ViT-L/14 换到 SigLIP SO400m/14,MMMU 提升 3 分以上。把连接器从 MLP 换成 Perceiver Resampler,提升不到 1 分。Idefics2 复现了这一点:SigLIP > CLIP,在相同 token 数下 Q-Former ≈ MLP ≈ Perceiver。
Cambrian-1 的「Cambrian Vision Encoders Match-Up」(Tong 等,2024)在视觉中心基准(CV-Bench)上跑了 20 多种编码器。榜首是 DINOv2 与 SigLIP 的混合;CLIP 处在中游;ImageBind 和 ViT-MAE 更低。从 CLIP ViT-L 到 DINOv2 ViT-g/14,在 CV-Bench 上差距约 5-7 分。
2026 年开放 VLM 的默认编码器是 SigLIP 2 SO400m/14,用于语义 + 稠密特征;如果你需要分割/定位,还可以与 DINOv2 ViT-g/14 的特征拼接(Cambrian 的「Spatial Vision Aggregator」就是这么做的)。
轴 2:连接器设计差别不大
MM1、Idefics2、Prismatic 和 MM-Interleaved 都得出同一结论:在固定视觉 token 数下,连接器架构几乎不重要。在相同 token 预算下,对均值池化 patch 做 2 层 MLP,与 32-query Q-Former 的性能差距在 1 分以内。
真正重要的是 token 数。更多视觉 token = 更多 LLM 算力 = 性能提升,直到某一点后收益递减。每图 64 个 token 对 OCR 来说太少。576-1024 个 token 是大多数开放 VLM 的最佳区间。只有文档和图表才需要 2048+。
Q-Former vs MLP 是成本问题,不是质量问题:Q-Former 不管图像分辨率多高,都把 token 上限卡在 32-64;MLP 则输出所有 patch token。高分辨率输入时,Q-Former 节省 LLM 上下文;低分辨率时,差别只是噪声。
轴 3:LLM 规模决定上限
把 LLM 从 7B 翻倍到 13B,在每篇 VLM 论文中都能稳定带来 MMMU 上 2-4 分的提升。到 70B 时,大多数基准趋于饱和。VLM 的多模态推理上限就是 LLM 的文本推理上限——视觉编码器只能向它提供输入,不能替它推理。
这就是为什么 Qwen2.5-VL-72B 和 Claude Opus 4.7 能在 MMMU-Pro 和 ScreenSpot-Pro 上碾压对手:语言大脑足够大。7B VLM 无法靠巧妙的连接器设计替代 70B VLM。
轴 4:数据——详细的人类描述胜过蒸馏
Molmo + PixMo(Deitke 等,2024)是每个人都该读的 2024 年成果。Allen AI 让人类标注员用 1-3 分钟的密集语音转文字来描述图像,产出了 712K 张密集标注的图像。训练数据中完全没有 GPT-4V 蒸馏。
Molmo-72B 在 11/11 个基准上击败 Llama-3.2-90B-Vision。差距不在架构,而在描述质量。详细的人类描述每图包含的信息量是简短网络描述文字的 5-10 倍,并且在 GPT-4V 蒸馏产生幻觉的地方仍然事实可靠。
ShareGPT4V(Chen 等,2023)和 Cauldron(Idefics2)沿用了同样的打法,混合人类与 GPT-4V 描述。趋势很清楚:对 2026 年的前沿来说,描述密度 > 描述数量 > 蒸馏的便利性。
轴 5:分辨率及其调度
Idefics2 的消融:384 -> 448 增加 1-2 分。448 -> 980 配合图像切分(AnyRes)在 OCR 基准上再增加 3-5 分。固定分辨率训练会在中等精度处平台化;分辨率爬升(从 224 开始,到 448 或原生分辨率结束)训练更快、最终精度更高。
Cambrian-1 研究了分辨率与 token 数的权衡:在固定算力下,你可以选择低分辨率配更多 token,或高分辨率配更少 token。OCR 上高分辨率胜出;通用场景理解上低分辨率多 token 胜出。
2026 年的生产配方:Stage 1 固定 384 训练,Stage 2 用动态分辨率最高到 1280,用于 OCR 密集任务。
Prismatic 的受控比较
Prismatic VLMs(Karamcheti 等,2024)是控制了所有轴的论文。同样的 13B LLM、同样的指令数据、同样的评估——一次只变一条轴。结果:
- 每图视觉 token 数解释了约 60% 的方差。
- 编码器选择解释了约 20%。
- 连接器架构解释了约 5%。
- 其他所有因素(数据混合、调度器、LR)占剩下的约 15%。
这是一个粗略的分解,但它是文献中对「我应该先消融什么」最干净的回答。
2026 年的配方选择器
综合这些证据,2026 年新项目的默认开放 VLM 配方是:
- 编码器:原生分辨率下的 SigLIP 2 SO400m/14,配合 NaFlex;如果你需要分割/定位,再与 DINOv2 ViT-g/14 拼接以获得稠密特征。
- 连接器:对 patch token 做 2 层 MLP。除非 token 受限,否则跳过 Q-Former。
- LLM:Qwen2.5 / Llama-3.1 / Gemma 2,7B 省成本,70B 保质量,按目标延迟挑选。
- 数据:PixMo + ShareGPT4V + Cauldron,再补充任务特定的指令数据。
- 分辨率:动态(长边最小 256 像素,最大 1280 像素)。
- 调度:Stage 1 对齐(仅训练 projector),Stage 2 全量微调,Stage 3 任务特定微调。
上述每个默认值都能追溯到本课末尾所引论文中经过测量的消融。
使用它
code/main.py 是一个消融表解析器和配方选择器。它编码了 MM1 和 Idefics2 的消融表(精简版),让你可以查询:
- 「给定预算 X 和任务 Y,哪套配方胜出?」
- 「如果我在 7B Llama 上把 SigLIP 换成 CLIP,预期的 MMMU 变化是多少?」
- 「为了得到 80% 置信度的答案,我应该先消融哪条轴?」
输出是一份排序后的配方列表,附带预期基准变化和「优先消融」建议。
交付它
本课产出 outputs/skill-vlm-recipe-picker.md。给定目标任务组合、算力预算和延迟目标,它会输出完整配方(编码器、连接器、LLM、数据混合、分辨率调度),并引用为每个选择提供依据的消融实验。它能避免工程师每次启动新的 VLM 项目时都重新发明 Idefics2 的消融表。
练习
- 阅读 MM1 第 3.2 节。对于固定的 2B LLM 和 5000 万张图像的预算,哪个编码器胜出?换到 13B LLM 时答案会翻转吗?为什么?
- Cambrian-1 发现 DINOv2 + SigLIP 拼接在视觉中心基准上优于任一单独使用,但在 MMMU 上没有额外信号。预测哪些基准会受益、哪些会持平。
- 你的目标是 2B LLM 上的移动端 UI Agent。选择编码器、连接器、分辨率和数据混合,并用具体的消融表为每个选择辩护。
- Molmo 发布了 4B 和 72B 模型。4B 与闭源 7B VLM 有竞争力;72B 在 11/11 个基准上击败 Llama-3.2-90B-Vision。这对 LLM 规模平台期假设说明了什么?
- 设计一个消融表,在 7B VLM 上把数据混合质量与编码器质量隔离开来。最少需要多少次训练?给出四个轴的设置。
关键术语
| 术语 | 人们怎么说 | 实际含义 |
|---|---|---|
| 消融(Ablation) | 「只转一个旋钮」 | 多组训练运行,恰好在一个设计空间轴上不同,其余全部保持不变 |
| 连接器(Connector) | 「桥」/「projector」 | 把视觉编码器输出映射到 LLM token 空间的可训练模块(MLP、Q-Former、Perceiver) |
| 详细人类描述(Detailed human caption) | 「密集描述」 | 多句的人类撰写描述(通常 80-300 个 token),比网络 alt 文本信息更丰富 |
| 蒸馏(Distillation) | 「GPT-4V 描述」 | 由更强的专有 VLM 生成的训练数据;方便,但容易继承幻觉 |
| AnyRes / 动态分辨率 | 「高分辨率路径」 | 通过切块或 M-RoPE 喂入大于编码器原生分辨率的图像 |
| 分辨率爬升(Resolution ramp) | 「课程学习」 | 从低分辨率开始逐步提高的训练调度,加快对齐学习 |
| 视觉中心基准(Vision-centric bench) | 「CV-Bench / BLINK」 | 强调细粒度视觉感知而非语言推理的评估 |
| PixMo | 「Molmo 的数据」 | Allen AI 的 712K 密集标注图像数据集;由人类语音转写为密集描述 |
延伸阅读
- McKinzie et al. — MM1 (arXiv:2403.09611)
- Laurençon et al. — Idefics2 / What matters building VLMs (arXiv:2405.02246)
- Deitke et al. — Molmo and PixMo (arXiv:2409.17146)
- Tong et al. — Cambrian-1 (arXiv:2406.16860)
- Karamcheti et al. — Prismatic VLMs (arXiv:2402.07865)